परिवेश का तापमान इंजन की कार्यक्षमता और ईंधन की खपत को कैसे प्रभावित करता है?


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मुझे अपने भौतिकी वर्ग से याद है कि आदर्श गैस कार्नोट इंजन अधिक कुशल होता है यदि ताप स्रोत और थर्मोस्टेट ("ऊष्मा प्राप्तकर्ता") के बीच का तापमान अंतर बड़ा हो ( http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu) hbase / थर्मो / carnot.html )।

और मैंने हमेशा सोचा था कि यह MIGHT वास्तविक जीवन के इंजनों पर लागू होगा, इसलिए मुझे स्वीकार करना होगा, मुझे सर्दियों के दौरान ईंधन की कम खपत की उम्मीद थी। काश, मैं अभी तक एक सर्दियों की ठंढ की पैसे की बचत शक्ति का अनुभव नहीं किया है।

लेकिन शायद मेरे माप त्रुटिपूर्ण थे, और दहन इंजन वास्तव में अधिक कुशल होते हैं यदि अतिरिक्त गर्मी अधिक आसानी से विकीर्ण होती है?

पुनश्च: मुझे पता है कि एक ठंडे इंजन का अर्थ अधिक चिपचिपा / मोटा तेल भी होता है। इसलिए मैंने अपनी मोटर शुरू करने के बाद दक्षता (शक्ति, वास्तव में) का एक महत्वपूर्ण नुकसान देखा। लेकिन मैं एक स्थिर स्थिति में अधिक रुचि रखता हूं, जब इंजन गर्म और तैयार होता है।


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आपके सर्दियों के ईंधन की खपत की एक जटिलता यह है कि सर्दियों में गैस स्टेशनों पर बेचा जाने वाला ईंधन मिश्रण अलग है। शीतकालीन मिश्रण गैस अधिक अस्थिर है, जिससे वाहन शुरू हो सकता है। यह कम ऊर्जा वाला घना भी है, इसलिए आप प्रति टैंक कम मील की दूरी पर ड्राइव करते हैं। आप यहाँ और अधिक पढ़ सकते हैं: itisscience.wordpress.com/2011/11/28/…
जेम्स पामर

बड़ा सवाल है। दुख की बात है कि जब यह ताजा हुआ तो मैंने इसे याद किया। ऐसा लगता है कि @Pasterster ने हालांकि इसे बंद कर दिया। :-)
डुकाटीकिलर

जवाबों:


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tl; dr: परिवेशी वायु तापमान आमतौर पर इंजन की दक्षता या ईंधन की खपत में हस्तक्षेप नहीं करना चाहिए, लेकिन समग्र बिजली उत्पादन को प्रभावित करेगा।

बिजली उत्पादन के साथ दक्षता को भ्रमित न करें । ये दो अलग चीजें हैं। जब आपका सेवन चार्ज अधिक सघन होता है, तो आप इस पर अधिक ईंधन फेंक सकते हैं और अधिक शक्ति पैदा कर सकते हैं । ( नोट: इंजन प्रबंधन प्रणाली के लिए विचार एक सामान्य 14.6: 1 वायु से ईंधन अनुपात बनाए रखना है(जिसे स्टोइकोमेट्रिक या शॉर्ट के लिए "स्टॉइक" भी कहा जाता है)। यह हवा और ईंधन का तथाकथित "सही" मिश्रण है, जहाँ बिना किसी अतिरिक्त ऑक्सीजन के ईंधन को जला दिया जाता है। दुर्भाग्य से, स्टोइक मिश्रण आमतौर पर प्राप्त नहीं होता है। ऐसा दो समस्याओं के कारण होता है, जो दोनों को दहन प्रक्रिया के दौरान पैदा होने वाली गर्मी की मात्रा के साथ करना पड़ता है। सबसे पहले, हॉट्टर दहन विस्फोट का कारण बन सकता है। दूसरा, लगभग 1700degF के दहन तापमान के ऊपर, हवा में नाइट्रोजन जो इंजन में लाया जाता है (ऑक्सीजन के साथ - हवा में ~ 78% नाइट्रोजन और ~ 20% ऑक्सीजन होता है) और जलता है। यह NO2 या नाइट्रोजन डाइऑक्साइड बनाता है। यह एक प्रमुख वायु प्रदूषक है और कैलिफोर्निया में 70 के दशक में एसिड वर्षा की मुख्य वजह थी। हमारे लिए साँस लेना भी बहुत बुरा है - वास्तव में विषैला। "

इसका दूसरा पहलू दक्षता है , जो इंजन के संदर्भ में ईंधन की समान मात्रा से अधिक उपयोग करने योग्य शक्ति प्राप्त करने का मतलब है। इंजन दक्षता के प्रति पिछले कुछ दशकों में शानदार प्रगति हुई है। उन्होंने इसे पूरा करने के तरीकों में से एक टर्बो-चार्जिंग के माध्यम से किया है। सरल शब्दों में, टर्बो-चार्ज गर्मी ऊर्जा का उपयोग करने का एक तरीका है, अन्यथा निकास प्रक्रिया में खारिज कर दिया जाता है। टर्बो निकास गैसों से बने दबाव का उपयोग करके वायु आवेश को बढ़ाने में सक्षम है, जो कंप्यूटर को इनटेक चार्ज पर अधिक ईंधन फेंकने की अनुमति देता है, इस प्रकार अधिक शक्ति बनाता है। इससे एक बहुत बड़ी "अन्य" चर्चा हो सकती है, इसलिए मैं इसे यहां छोड़ दूंगा। कहने की जरूरत नहीं है, सामान्य आकांक्षा की तुलना में इस पद्धति के माध्यम से अधिक कुशलता से बिजली बनाई जाती है और इस प्रकार इंजन कम ईंधन के साथ अधिक शक्ति बना सकता है।

इंजन दक्षता में सुधार करने का दूसरा तरीका इंजन के संपीड़न अनुपात ( सीआर ) को बढ़ाना है । CR के लिए अंगूठे का एक सामान्य नियम है, जोड़े गए CR के हर बिंदु के लिए आपका बिजली उत्पादन लगभग 3% बढ़ेगा। यदि आप अधिक ईंधन जोड़े बिना बिजली उत्पादन बढ़ा रहे हैं, तो यह दक्षता में वृद्धि है।

एक ठंडा एयर चार्ज इंजन में जा रहा है जो सघन होगा और इसमें वार्मर समकक्ष की तुलना में अधिक ऑक्सीजन होगा। आप अभी भी अधिक बिजली बनाने के लिए अधिक ईंधन का उपयोग कर रहे हैं, इस प्रकार कोई अतिरिक्त दक्षता लाभ नहीं है।

जबकि आपने एक ठंडा स्टार्ट-अप शामिल नहीं करने का सुझाव दिया है, एक कारण है कि आप इस अवधि के दौरान बेहतर ईंधन की खपत नहीं देखेंगे। इसका कारण यह है कि कंप्यूटर वास्तव में इंजन में वृद्धि के लिए प्रदान करने के लिए मिश्रण में अधिक ईंधन फेंकता है (इसे सुचारू रूप से चलाने में मदद करता है - जैसे कि एक कार्बोरेटेड इंजन पर एक चोक होता है) और उत्प्रेरक कनवर्टर को तेजी से गर्म करने में मदद करने के लिए इसे चरम दक्षता तक पहुंचने में मदद करता है। और तेज।

वास्तव में, दहन इंजन बहुत अधिक कुशल हो सकते हैं यदि वे इसे विकिरण करने के बजाय गर्मी का उपयोग कर सकते हैं । याद रखें कि विकिरणित गर्मी ऊर्जा खो जाती है । यदि आप अधिक शक्ति का उत्पादन करने के लिए गर्मी का उपयोग कर सकते हैं या एक ही शक्ति को अधिक कुशलता से बना सकते हैं, तो आप सभी को एक साथ बेहतर कर सकते हैं।

मैं जिस बारे में बात कर रहा हूं वह एक अवधारणा है जिसे हेनरी "स्मोकी" के नाम से जाना जाता है। यूनिक को 80 के दशक की शुरुआत में महारत हासिल थी। उन्होंने एक विचार पर काम किया, जो राल्फ जॉनसन के साथ शुरू हुआ था '50 के दशक में जब राल्फ जीएम में काम करते थे। एक गर्म हवा के इंजन का विचार जिसमें हवा को लगभग 400degF तक गर्म किया जाता है और समरूप बनाया जाता है(बहुत अच्छी तरह से मिश्रित) एक बिंदु पर जहां यह विस्फोट नहीं होगा। आप लेख पढ़ सकते हैं, लेकिन इसका कारण वाहनों में आज दो गुना नहीं है। सबसे पहले, उन्होंने इसे एक बोल्ट-ऑन किट में बनाने की कोशिश की, लेकिन ऐसा नहीं कर सके क्योंकि इसके लिए पिस्टन और रिंग के लिए अपग्रेड किए गए भागों की आवश्यकता थी, जो वास्तव में "बोल्ट-ऑन" किट के बहुत अधिक नहीं है और इसे एक बनाता है लक्ष्य की कीमतों की तुलना में बहुत अधिक महंगा वे के लिए शूटिंग कर रहे थे। दूसरे, स्मोकी दुर्भाग्य से कुछ समय पहले मर गया। वैसे भी उनके कई राज़ उनके साथ ही ख़त्म हो गए क्योंकि उन्होंने ब्योरे को अपने सिर में रखा था। यह वास्तव में दुखद है, क्योंकि उन्होंने कुछ सही मायने में काम किया था और उनके पास क्रांतिकारी आविष्कार और विचार थे जिनकी मृत्यु हो गई थी।

गर्म हवा का इंजन ठंडी हवा के प्रेरण और आपके प्रश्न के बारे में आम सोच के कारण उड़ता है। सामान्य ज्ञान बताता है कि ठंडा हवा इंजन में जा रही है, बेहतर उत्पादन। और यह मूल रूप से (जिसे हम आज मानते हैं) सामान्य इंजन (स्मोकी के हॉट एयर इंजन के बाहरी होने के साथ) के साथ सच है।


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हॉट एयर इंजन सबसे अच्छा लगता है।
फ़ारो

वैसे आप केवल संपीड़न अनुपात को बढ़ाकर दक्षता में सुधार कर सकते हैं, इतना ही (यहां तक ​​कि आत्म-दहन की अनदेखी भी): एक निश्चित बिंदु पर आप जिस ऊर्जा का उपयोग करते हैं, वह बहुत अधिक बढ़ जाती है, यह बढ़ी हुई दक्षता द्वारा वापस भुगतान नहीं किया जाता है।
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@ ओलाफम - आपको स्मोकी यूनिक की जांच करने की आवश्यकता है जो पहले आदेश के एक शुद्ध यांत्रिक प्रतिभा थे। उनकी उपलब्धियों को देखें और फिर वापस आकर साबित करें कि उन्होंने एक "होक्स" इंजन का निर्माण किया। सिर्फ इसलिए कि विचार "सामान्य ज्ञान" के सामने उड़ जाता है इसका मतलब यह नहीं है कि उसने एक धोखा पैदा किया। वह निकोला टेस्ला की तर्ज पर था, लेकिन एक यांत्रिक दृष्टिकोण से ... मुझे लगता है कि उसका बहुत सारा ज्ञान दुर्भाग्य से उसके साथ कब्र में चला गया, जो दोनों ही मामलों में, दुनिया के लिए एक दुखद नुकसान है।
Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2

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नहीं, यह भौतिकी है। यह काम नहीं करता है और यह एक घोटाला है जो ऐसा माना जाता है । "स्मोकी युनिक घोटाला" की जाँच करें। अपने सपने को बर्बाद करने के लिए खेद है :) यह पहले से ही गर्म गैस को संकुचित करता है ??? इसे संपीड़ित करने की ऊर्जा तापमान के साथ बहुत बढ़ जाती है, जो कि टर्बो के बाद इंटरकोलर में ठंडी होती है, उदाहरण के लिए। क्या आप भौतिकी और ऊष्मप्रवैगिकी और गैसों के सूत्र के बारे में जानते हैं? एक बुनियादी इंजीनियरिंग की डिग्री पर्याप्त है। फिर भी, इसके बारे में आपके उत्तर का हिस्सा सवाल के साथ पूरी तरह से विषय है। आपको इसे किसी भी मामले में हटा देना चाहिए, क्योंकि यह असंबंधित है और यह कोई अतिरिक्त उपयोगी जानकारी प्रदान नहीं करता है।
फ़ारो

@ ओलाफ़एम - यह मेरा सपना नहीं है, इसलिए विश्वास करो कि तुम क्या विश्वास करना चाहते हो। विज्ञान केवल अंतिम प्रयोग के रूप में अच्छा है। यदि यह एक घोटाला है जैसा कि आपने कहा है - इसे साबित करें
Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2

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कार्नोट चक्र का निचला "ठंडा पक्ष" बेहतर सैद्धांतिक दक्षता की ओर जाता है, निश्चित रूप से, लेकिन क्या आपने गणना की है कि कितना है? एक ही 1000 K दहन तापमान के साथ 10-20 K ठंडा सेवन अंतिम दक्षता को 1% तक प्रभावित करता है। और यह दक्षता किसी भी मामले में 70% है, इसलिए आप अनुमान लगा सकते हैं कि अंतिम दक्षता को 25% तक कम करने के लिए इतने अधिक पैरामीटर हैं, कि कारनोट की कार में बहुत कम प्रासंगिकता है।

और किसी भी मामले में, इंजन को उस निचले "ठंडे पक्ष" का उपयोग करने के लिए फिर से इंजीनियर होना पड़ता है यदि आप एक ही दहन तापमान चाहते हैं, क्योंकि यदि आप एक सामान्य इंजन में सेवन हवा को कम करते हैं, तो आप उसी राशि से कम करते हैं। "हॉट साइड" तापमान भी, दक्षता को कम करने और भी अधिक।

सर्दियों में कारों में अधिक ईंधन का उपयोग होता है क्योंकि हवा सघन होती है और आपको इसे दूर धकेलना पड़ता है, टायर में अधिक घर्षण होता है और आपको उन्हें जोर से धक्का देना पड़ता है, ट्रांसमिशन में तेल अधिक गाढ़ा हो जाता है और अधिक नुकसान होता है, आप हीटिंग का उपयोग करते हैं और अन्य विशेषताएं जो ऊर्जा का उपयोग करती हैं (जो निश्चित रूप से ईंधन से आता है, आपके पास वास्तव में कार को स्थानांतरित करने के लिए कम है), ठंडे तापमान में दहन को बढ़ाने के लिए ईंधन पहले स्थान पर अलग है (इसका मतलब बेहतर जलने के लिए संशोधित किया गया है, लेकिन आपके अंदर कम ऊर्जा है इसलिए आपको ज़रूरत है अधिक), और इसी तरह।

आप सर्दियों में 50% तक खराब ईंधन अर्थव्यवस्था हो सकते हैं, विशिष्ट स्थितियों में भी 100% बदतर (इसका मतलब है कि ईंधन की खपत दोगुनी हो जाती है)।

उच्च ईंधन खपत के कारणों के उदाहरण के रूप में: https://www.fueleconomy.gov/feg/coldweather.shtml

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वैसे, मेरी गलती: 1- (T_low / T_high) की अधिकतम दक्षता कारनोट पर लागू होती है, लेकिन ओटो इंजन की एक अलग अधिकतम दक्षता है, /physics/161212/carnot- देखें बनाम-ओटो

इसका मतलब यह भी है कि इंजन पहले से ही सैद्धांतिक दक्षता के करीब है, हालांकि यह अक्सर होता है।

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